Способ контактного электроэрозионного легирования — SU 1780952 (original) (raw)
СОЮЗ СОВЕ ВСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19) (1) 23 Н 30 ТВ мед- прижение ости. енча- тельют из,4ой иенно; л ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ И К АВТОРСКОМУ СВИДЕТ 1(71) Институт проблем прочности АН УССР (72) А.И.Попов, В.Е,Марченк,о, Ю.А,Кузема и В.И,Побировский(56) Авторское свидетельство СССР М 757289, кл. В 23 Н 9/00, 1978.(54) СПОСОБ КОНТАКТНОГО ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОГО ЛЕГИРОВАНИЯ(57) Использование; электроэрозионное легирование медью деталей из алюминия и его сплавов, Сущность изобретения: ный дисковый электрод-инструмент 1 жимают к детали 13 и придают дви обкатки по обрабатываемой поверхн Обработку ведут при помощи двухступ тых импульсов тока, амплитуды и дли ности ступеней которых определя соотношений: 1=/0,10,3/2 Т 1=/ 2,8/Т 2, где 1 и 2 - амплитуды пер второй ступеней импульса соответств Т 1 и Т 2 - длительности первой и второ пеней импульса соответственно. 4 . 1 табл,Изобретение относится к электрофизическим и электрохимическим методом обработки, конкретно к электроэрозионному легированию, и может быть использовано при упрочнении деталей машин, изготавливаемых из алюминия и сплавов на его основе,Известные технические решения, направленные на упрочнение деталей машин из алюминия и сплавов на его основе, не обеспечивают получения поверхностного слоя с близкими свойствами по всей легируемой поверхности /твердость, шероховатость, износостойкость.Таким известен способ электроэрозионного легирования, включающий операции включения детали /катода/ в электрическую цепь установки для электроэрозионного легирования, легирующему электроду /аноду/ .ообщают вибрационное движение и одновременно пропускают единичные разрядйые импульсы между анодом и катодом. Для улучшения переноса материала на поверхность детали через один из электродов дополнительно пропускают постоянный ток. Описанный способ позволяет увеличить толщину /привес/ покрытия. Однако,например, при легированиидеталей машин из сплавов алюминия медью он не позволяет получить покрытие с одинаковыми /близкими/ свойствами как по поверхности, так и по глубине. Это приводит к различной износостойкости поверхности, что недопустимо, например для прецизионных пар трения, работающих в условиях ограниченной смазки.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ электроэрозионного легирования, включающий операции подключения детали-катода в электрическую разрядную цепь установки для электроэрозионного легирования, сообщение легирующему электроду- ролику вращающегося движения и его перемещения по поверхности детали с одновременным пропусканием единичных разрядных импульсов междуэлектродами,В процессе использования описанного способа, применение медного вращающегося /роликового/ анода формирует на поверхности детали изтотовленной из алюминия или его сплавов несколько зон. Верхняя зона представляет собой медь /материал анода/, за которой следуют упрочненная зона, где алюминий и медь распределены в пропорциях, необходимых для образования химических соединенийинтерметаллидов, а также локальные зоны /вкрапления/, где преобладают либо материал анода, либо катода или микрополо 30 40 аноддотемпературы,уровень которой ниже температуры плавления металла анода. 50 других дефектов 5 10 15 20 25 сти - каверны, которые являются концент- раторами напряжений, Таким образом, участок покрытия даже после единичного импульса имеет различные свойства /различную твердость/ по глубине покрытия и различную прочность поверхности, что снижает износостойкость покрытия, особенно в условиях значительных контактных нагрузок.Цель изобретения - повышение износостойкости покрытия, образованного на поверхности детали, изготовленной из сплава на основе алюминия при его легировании медью,Это достигается тем, что в способе электроэрозионного легирования, включающем операции подключения детали-катода в электрическую разрядную цепь установки для электроэрозионного легирования, сообщения легирующему электроду-ролику вращательного движения и его перемещения по поверхности детали с одновременным пропусканием разрядных импульсов между электродами, согласно изобретению каж-. дый единичный импульс формируют, по меньшей мере двухступенчатым, амплитуду токов первой и второй Ь ступеней определяют выражением 11=/0,1.0,3/ ъ а продолжительность ступеней соответственно Т и Т 2 задают соотношением Т 1=/1,4 .2,4/Тг При этом оптимальная длительностьпервой ступени Т 1 составляет 5001000мкс, а второй Т 2=350 мкс. Физическая картина происходящих при этом процессов может быть интепретирована следующим образом. Первая ступень импульса приводит к появлению дугового разряда между като дом и анодом, тепло которого подогревает Вторая ступень связана с интенсивным плавлением, переносом материала анода на катод и перемешиванием образовавшегося в микрообъеме расплава. Поскольку скорость нарастания тока при такой двухступенчатой обработке существенно ниже, чем при одноступенчатой, уменьшается интенсивность гидро- и газодинамических процессов, протекающих в микрообъеме расплавленного металла, что в свою очередь приводит к более однородному по своему составу образованного интерметаллида с меньшим количеством раковин, пустот и В результате двухступенчатой обработки образуется покрытие, физико-механические свойства которого практически одинаковы по поверхности. Кроме того, микротвердость покрытия по глубине имеетблизкие значения, а концентрация дефектов оказывается значительно сниженной по сравнению с покрытием, получвнным на алюминиевых деталях при использовании одноступенчатого импульса.Авторами экспериментально найдены оптимальные соотношения для амплитуд токов ступеней и их продолжительность. Так при (10,1 (г и Т 1,4 Т 2 эффект от 10 использования способа практически не ощущается. При Т 10,3 Ь процесс превращается в одноступенчатый и сопровождается получением набора зон по глубине покрытия, имеющих четкие границы. При увеличении Т свыше 2,8 Т 2 качество, т,е 15 однородность покрытия по глубине, опять ухудшается. Поэтому оптимальными являются соотношения, приведенные в формулеизобретения. 20 В результате оптимизации энергетических параметров ступеней образуется покрытие, имеющее существенно меньшее количество дефектов /пустот, раковин/, чем при обработке деталей по способу-прототитвердость покрытия по глубине становится более равномерной.Сущность решения поясняется при помощи графических материалов. На фиг. 1 показана схема генератора 30 импульсов установки, реализующей способ; на фиг; 2 - эпюры напряжений генератора импульсов; на фиг. 3 - фотография микрошлифа участка покрытия, образованного при использовании способа-прототипа х 120; на фиг, 4 - фотография микрофлифа участка покрытия, образованного при использовании изобретения. Генератор импульсов установки для " " ЭЭЛ /фиг. 1/ содержит: силовой трансфор 40 матор 1, обмотка 1 которого подключена к первичному источнику синосуидального тока /не показано/, а вторичные обмоткииподключены соответственно к силовому 2 и управляющему 3 диодным мостам; преобразователь импульсов 4, формирующий импульсную последовательность /фиг. 2 эпюра 3/, которая управляет электронным ключом /тиристор/ 5, обеспечивающим за 45 ряд батареи рабочих конденсаторов 6 /фиг 50 2 эпюра 4/; устройства задержки 7 и 8 импульсов, которые включают тиристорные электронные ключи 9 и 10 соответственно в моменты времени /фиг, 2 эпюры 5 и 6/, обеспечивающие формирование на легиру 55 ющей электроде 11 электрических импульсов, имеющих форму эпюры 7 /фиг. 2/, Регулировка задержки Ьт позволяет смещать передний фронт импульса первой ступени и тем самым регулировать пу, т.е, при одноступенчатом импульса, а 25 длительность и первоначальную амплитуду первой ступени, Регулировкой Лтг обеспечивается изменение фазы импульсов разряда конденсаторной батареи 6 /второй ступени комбинированного импульса/и тем самым регулировка длительности комбинированных импульсов при выбранной с помощью задержки Ьт амплитуда импульса йервой ступени. Критерием обеих регулировок является качество упрочняющего покрытия. Резистор 12 имеет малую величину й предотвращает перегрузку трансформатора 1 на время действия импульса первой ступени /при токе короткого замыкания электрод-деталь 13/.П р и м е р. Подготовили 3 серии геометрически одинаковых образцов, выполненных в виде цилиндров диаметром 40 и длиной 100 мм из сплавов на основе алюминия, Каждый образец закрепляли и изолировали в патроне токарного станка 1 К 62. На резцедержателе закрепляли и изолировали ролик диаметром 60 мм, изготовленный из медного сплава, В процессе обработки цилиндрической поверхности каждого образца формировали кольцевую зону покрытия шириной 20 мм, Покрытия формировали путем однократногб прсхода. После легирования образцы подвергали испытанию на машине трения. Режимы обработки и резул ьтаты исп ытаний сведены в таблицу. Регистрацию электрических параметров осуществляли при помощи осциллографа С 1-93, металлографические исследования проводили на микроскопе МИМ,Износостойкость образцов, обработанных по способу-прототипу, ниже, чем у образцов, обработанных по данному способу,Разброс величины микротвердости по глубине покрытия, нанесенного по способу- прототипу, выше, чем у покрытия, нанесенного по данному способу /см. фиг. 3 и 4/. При изготовлении микрошлифов, изображенных на фиг, 3, использовали электролит М 414, а изображенного на фиг. 4 - электролит М 420.Оптимальными режимами электроэрозионного легирования образцов из алюминия и сплавов на его основе медью являются:=/0,1 , 0,3/(2,Т 1=/1,4 , 2,8/Т 2,Т 1=5001000 мкс.По сравнению с прототипом данный, способ позволяет повысить износостойкость покрытий, образованных на деталяМ из алюминиевых сплавов при их электроэрозионном легировании медным электродом за счет уменьшения разброса значений1780952 8 импульсныйток,отлича ющийся тем, Что, сцелью повышения качества поверхности деталей из алюминия и его сплавов при йх легиронвании медью, обработку ведут при 5 помощи двухступенчатых импульсов тока,аямплитудй и длительности стуйеней которых ойюределяют из соотношений11"(0,10,3)2, Т 1.(1,42,8)Т 2,где 11 и 12 - амплитуды первой и второй 10 с 5 пенеюй йМйюульаса, союответственно;Т 1 и Т 2 - длйтельностй первой и второйстпеней ймаиульса соответственйо. 1Йзносостойкость поверх"ности е еею е юг ва г ва ю веет егт .еюаю е еа а е т е те ю аетате ав ее вета аав а Параметры импульса йикротвердость покрытия е гавте т а2,/22 и а е е 1 Ю, А Т 1, мкс Т, мкс Т/Тз ага та ае еюв ааааа гаага аюг относительное увеличение, Ф среднее значение среднееквадратич.отклонен. среднеезначениеотносительной износостойк,еюа юга е щи ю щю 4 оо о о 5 уоо 1 20 Ф35 о 2 40400 0,1 700350 3 80 400 0,2 700 350 4 120 400 0,3700. 350 2 1,2 1,4 2,0 2,8 3,5 ю 5 200 400 6 80 400 7 8 о 4 оо 8 80 400 9 ао 400 10 804 оо 11 400 0,5 700 350 0,2 420 . 350 0,2 490 350 0,2 700350 О 2 980 . 350 0,2 1225 350700 Г ге евеее ве ею ае г еее е е в а гев е та е е гиП р и м е ч а н и е. Никротвердость и износостойкость поверхности определялись по данным 3-4 образцов и результаты. усреднялись, Образцы обрабатывалй по способу-прототипу ИГ 11) 6 твердости покрытия по глубине и по поверХНОСтИ, а тюайКЕ УЬю 1 ЕНЬШювюйИЯ КОчЛИЧЕСтаюаДЕфектов, что позволяет повысить качествопокрытия,Фо рмула изобретения СПОСО 6 КОюйтаКтФЗКОю 39 ЙИ 1 ЙЭ 1 ЙЗЮИОНюНОголетюирования материалов дискового элек - тюРОДа-ИНСТРУМЕНта, 1 ТеРИ "ИбтОРОМэлектродуинструменту сообщают движение обкатки по обрабатываемой поверхености и через злектроюдыпФоепюускаюют 221 13,727 Э 7 2 276 Э,З 270 6,5268 5,6 .1780952 оставитель А. Поп ехред М.Моргентал Коррек ктор С, Кулакова труше аказ 4239 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101